جزئیات Hopper، نسل جدید پردازنده‌های گرافیکی انویدیا، فاش شد
مهم‌ترین و بزرگ‌‌ترین خبر درباره‌ی محصولات انویدیا به رسانه‌ها رسید. غول پردازنده‌های گرافیکی در فکر تولید خانواده‌ای جدید از محصولات به‌نام Hopper MCM GPU است که به‌احتمال زیاد، جایگزین خانوادهی امپر (Ampere) می‌شود. خانوادهی جدید پردازنده‌های قدرتمندی را شامل می‌شود که به‌صورت چند تراشه در یک بسته‌ی پردازشی عرضه می‌شوند. این ساختار Multi-Chip-Module یا MCM نام دارد. گفتنی است تمامی اطلاعات منتشرشده در حد شایعه هستند و نمی‌توان هیچ‌یک از آن‌ها را تأیید یا رد کرد. البته باتوجه‌به رویکرد کنونی صنعت، کارشناسان متعدد احتمال درستی این شایعه‌ها را بسیار می‌دانند.
معاری پردازندهی گرافیکی Hopper
نام‌گذاری معماری پردازنده‌های گرافیکی در انویدیا عموما براساس نام پیش‌گامان دنیای کامپیوتر است. جدیدترین خانوادهی غول دنیای پردازش هم از این قائده مستثنی نخواهد بود. نام‌گذاری معماری هاپر از نام کریس هاپر گرفته شده است که از پیش‌گامان صنعت کامپیوتر بود. هاپر از اولین برنامه‌نویسان کامپیوتر هاروارد مارک ۱ محسوب می‌شد و اولین قابلیت لینک‌دهنده‌ها را در آن پیاده‌سازی کرد. هاپر افسانه‌ای ایده‌ی زبان‌های برنامه‌نویسی مستقل از ماشین را به‌شهرت رساند که به توسعه‌ی COBOL انجامید. زبان برنامه‌نویسی کوبول از اولین زبان‌های پیشرفته بود که هنوز در دنیای کامپیوتر استفاده می‌شود. هاپر عضو نیروی دریایی ارتش آمریکا هم بود که در جنگ جهانی دوم حضور داشت.
طراحی پردازنده‌های گرافیکی مبتنی‌بر MCM را می‌توان قدم مهم بعدی در جهت تکامل پردازنده‌ها دانست. امروزه، تولید چنین تراشه‌هایی به ابعاد شبکیه‌ی اسکنرهای لیتوگرافی اشعه‌ی ماوراءبنفش محدود هستند. بهینه‌سازی‌های معماری و طراحی مبتنی‌بر MCM را می‌توان خط‌مقدم بعدی پردازش منطقی بیان کرد که AMD در بازار پردازنده‌های مرکزی (CPU) آن را اجرا می‌کند. احتمالا آن‌ها در قدم بعدی از این طراحی در پردازنده‌های گرافیکی هم استفاده می‌کنند؛ به‌همین‌دلیل، انویدیا تصمیم گرفت با عرضه‌ی سریع‌تر هاپر، نقش اول را در طراحی MCM پردازنده‌های گرافیکی بازی کند. به‌هرحال، اطلاعات کنونی ابتدا در یکی از حساب‌های کاربری مشهور در توییتر منتشر و سپس پاک شد.
نکته‌ی مهم خانوادهی جدید استفاده از طراحی MCM است
AMD امروز خود را به‌عنوان بازیگر قدرتمند و حرفه‌ای دنیای پردازش در ساخت محصولات مبتنی بر MCM به صنعت شناسانده است. پردازنده‌های تردریپر و رایزن از محصولات قدرتمند ساختارشکن در فضای بازار HEDT (کاربردهای پردازشی با نیاز به منابع فراوان) محسوب می‌شوند. این محصولات با به‌کارگیری MCM روند جدیدی در صنعت پردازش ایجاد کردند. زمانی پردازنده‌های ۶ هسته‌ای محصولاتی گران‌قیمت و دور‌از‌دسترس محسوب می‌شدند؛ اما امروز به‌لطف تلاش‌های AMD می‌توان از پردازنده‌های ۱۶ هسته‌ای با قیمت مقرون‌به‌صرفه صحبت کرد.
با ورود پردازنده‌های مبتنی‌بر MCM، قدرت پردازنده‌های سرور و زئون به‌نوعی دردسترس مصرف‌کنندگان عادی قرار گرفت. کارشناسان اعتقاد دارند همین رویکرد برای پردازنده‌های گرافیکی هم اجراشدنی خواهد بود. به‌هرحال، انویدیا امروز با استفاده از فناوری جدید می‌تواند محدودیت ابعاد اسکنرهای لیتوگرافی ماوراءبنفش را پشت‌سر بگذارد؛ اما قطعا کاربردهای دیگری هم برای استفاده از MCM وجود خواهد داشت.
معماری مبتنی‌بر MCM در پردازنده‌های گرافیکی‌ای که دستگاه‌هایی با ساختار موازی محسوب می‌شوند، کارایی بسیار بیشتری از پردازنده‌های مرکزی دارند که دستگاه‌هایی سریالی هستند. استفاده از ساختار MCM به‌جای قالب‌های یکپارچه در GPU، به افزایش بازدهی نیز منجر می‌شود. قالب‌های منفرد بزرگ برای پردازنده‌ها، بازدهی کمتر و قیمت بیشتر و هدررفت بیشتر منابع در پی دارند و استفاده از تراشه‌های متعدد با همان ابعاد قالب، افزایش بازدهی را به‌همراه خواهد داشت. همین پیشرفت یکی از قوت‌های بسیار مهم در پردازندهی گرافیکی انویدیا هاپر محسوب می‌شود.
کارشناسان برای بررسی بهبودهای احتمالی درصورت استفاده از MCM، از ابزار تخمین و آزمایش Silicon Edge استفاده کردند. بررسی‌های اولیه نشان‌دهنده‌ی بازدهی بسیار بیشتر در ساختار مذکور بود. آزمایش با استفاده از قالبی با ابعاد ۴۸۴ میلیمترمربع (Vega 64) انجام شد که برابر با مربعی به ابعاد ۲۲ در ۲۲ میلی‌متر است. با تقسیم این قالب یکپارچه به چهار قالب با ابعاد ۱۱ در ۱۱ میلی‌متر، می‌توان به همان سطح ۴۸۴ میلیمترمربع رسید که البته بهبود بازدهی نیز به‌همراه دارد.
در مرحله‌ی دوم آزمایش، مقدار افزایش بازدهی با تقسیم سطح قالب بررسی شد. براساس تخمین‌های انجام‌شده، ویفر ۳۰۰ میلی‌متر توانایی تولید ۱۱۴ قالب با ابعاد ۲۲ در ۲۲ میلی‌متر یا ۴۹۱ قالب ۱۱ در ۱۱ میلی‌متر را دارد. ازآنجا‌که به چهار قالب کوچک‌تر برای رسیدن به ابعاد یک قالب یکپارچه نیاز داریم، درنهایت ۱۲۲ قالب MCM با ابعاد ۴۸۴ میلیمترمربع خواهیم داشت که ۷/۶ درصد افزایش بازدهی رخ می‌دهد.
افزایش بازدهی برای تراشه‌های با ابعاد بزرگ‌تر بیشتر هم می‌شود. حداکثر ابعاد برای روش‌های لیتوگرافی با هدف رسیدن به بازدهی منطقی ۸۱۵ میلیمترمربع بیان می‌شود. در ویفری ۳۰۰ میلی‌متری، می‌توان ۶۴ عدد از این قالب‌ها (با ابعاد ۲۸/۵۵ در ۲۸/۵۵ میلی‌متر) یا ۲۸۵ قالب کوچک‌تر (با ابعاد ۱۴/۲۷ در ۱۴/۲۷ میلی‌متر) استخراج کرد؛ درنتیجه، ۷۱ قالب MCM با افزایش بازدهی به‌میزان ۱۱ درصد خواهیم داشت.
با استفاده از طراحی چندلایه، بازدهی تولید پردازنده بسیار افزایش پیدا می‌کند
فراموش نکنید اعداد و محاسبات مذکور تخمین‌های کلی هستند و عوامل متعددی همچون بازدهی بسته‌ها و استفاده از قالب‌های مربعی و دیگر بهینه‌سازی‌های هندسی ویفر در نظر گرفته نشده است. به‌هرحال، ایده‌ی اصلی افزایش بازدهی را می‌توان با همین محاسبات کلی تأیید کرد. به‌علاوه، بهبود بازدهی مبتنی‌بر کاهش هدررفت منابع نیز در محاسبه‌های اشاره‌شده لحاظ نشده است. به‌بیان ساده، هر قالب یکپارچه‌ی ۸۱ میلی‌مترمربعی قطعا هدررفت بیشتری از قالب ۲۰۳ میلی‌مترمربعی دارد. درواقع، این رویکرد مزیت کاهش تأثیر قالب‌های معیوب را هم به‌همراه دارد. درنهایت، اگر عوامل متعدد دیگر هم در مقایسه‌ها لحاظ شوند، اعداد افزایش بازدهی بیشتر خواهد شد.
باتوجه‌به حقایق گفته‌شده، به این نتیجه می‌رسیم که انویدیا توانایی تولید پردازنده‌های گرافیکی مبتنی‌بر MCM را دارد و درصورت پیاده‌سازی آن در تولید پردازندهی هاپر، قطعا افزایش بازدهی چشمگیری تجربه خواهد کرد. امروز فناوری تولید هفت نانومتری در وضعیت بلوغ نسبی قرار دارد و با پیاده‌سازی لیتوگرافی ماوراءبنفش در سطح گسترده، مزیت فرایندهای تولید تراشه بیشتر هم خواهد شد. البته هنوز محدودیت ابعاد اسکنر ماوراءبنفش وجود دارد.
استفاده از MCM به انویدیا امکان می‌دهد پردازنده‌های گرافیکی بسیار قدرتمند را با ابعاد قالب بیشتر از ۸۱۵ میلیمترمربع تولید کند. درواقع، AMD نشان داد فناوری MCM واقعا محدودیتی ندارد و غول پردازنده‌های گرافیکی با نگاهی به رقیب خود می‌تواند بهره‌وری‌های بیشتری از فرایندهای تولید چندلایه استخراج کند و قطعا راهکاری جز این هم نخواهد داشت.
نظرات